Juba paar aastat on sellega tehtud uuringuid ja katseid mikrovetikad valmistamisel kasutamiseks biokütused. Need uuringud põhinevad asjaolul, et mikrovetikatel on teiste traditsiooniliste toorainete, näiteks köögiviljakultuuride või põllumajandusjäätmete ees mitmeid eeliseid. Praegu kasutatakse neid mikrovetikaid erinevatel eesmärkidel, näiteks farmaatsia- või toiduainetööstuses, kuid nende potentsiaal energiaallikana näib olevat väga paljulubav.
Mikrovetikad on fotoautotroofsed üherakulised mikroorganismid, millel on võime toota energiat läbi fotosüntees ja sünteesivad oma biomolekulid lihtsatest ühenditest nagu vesi y süsinikdioksiid (CO2). See muudab mikrovetikad oluliseks vahendiks mitte ainult biokütuste tootmisel, vaid ka kasvuhoonegaaside vähendamisel, kuna nad neelavad kasvu ajal CO2.
Mis on mikrovetikad ja kuidas need toimivad?
Mikrovetikad on üherakulised fotosünteesivad organismid, mis esinevad väga erinevates veekeskkondades. Teada on umbes 30.000 50 liiki, kuigi ainult 10 liiki on põhjalikult uuritud ja vähem kui XNUMX% kasutatakse kaubanduslikult. See jätab tohutult uurimisruumi, et leida biokütuste tootmiseks tõhusate omadustega liike.
Lisaks on mikrovetikatel väga kiire kasvutsükkel. Kui maismaataimede arenemiseks võib kuluda kuid, võivad mõned mikrovetikaliigid oma massi kahekordistada mõne tunniga. See annab konkurentsieelise, kui on vaja toota suurtes kogustes biomassi väikestes ruumides ja lühema ajaga, mis omakorda suurendab selle kasutamise tasuvust.
Mikrovetikate eelised biokütuste tootmisel
- Arvus ja mitmekesisus planeedil: Mikrovetikad on väga rikkalikud ja mitmekesised. Nende võime kohaneda erinevat tüüpi keskkonnaga, nii vee- kui ka maismaakeskkonnaga, annab neile suure paindlikkuse erinevates tingimustes kasvatamiseks. Lisaks võimaldab selle lai liigivalik valida iga biokütuse tüübi jaoks kõige sobivamad.
- Parim jõudlus: Mikrovetikad on biomassi poolest palju tootlikumad kui tavalised biokütuseks kasutatavad põllukultuurid, nagu mais või sojaoad. Nad toodavad kuni 100 korda rohkem biomassi pinnaühiku kohta, mis tähendab suuremat biokütuse kogust hektari kohta.
- Nad ei konkureeri toidukultuuridega: Erinevalt teistest taimsetest biokütuste allikatest ei vaja mikrovetikad kasvamiseks viljakat põllumaad. Need võivad areneda reovees, soolalahuses või isegi põllumajanduseks sobimatul maal, minimeerides mõju toiduga kindlustatusele.
- CO2 kasutamine ja väiksem keskkonnamõju: Mikrovetikad tarbivad oma kasvu ajal suures koguses CO2. See mitte ainult ei too kasu fotosünteesi protsessile, vaid aitab ka vähendada selle gaasi kontsentratsiooni atmosfääris, aidates kaasa võitlusele kliimamuutuste vastu.
- Mitmete ühendite tootmine: Mikrovetikad on võimelised tootma lipiide biodiisli jaoks, süsivesikuid bioetanooli jaoks ja valke, mida saab kasutada toiduna või toidulisandina. Samuti saab selle biomassist saada sekundaarseid tooteid, mida kasutatakse farmaatsia- ja kosmeetikatööstuses.
Biokütuste tootmine mikrovetikatest
Mikrovetikatest saab toota erinevat tüüpi biokütuseid, millest igaühel on teatud omadused, mis muudavad need erinevat tüüpi kasutusteks ideaalseks. Kõige levinumate biokütuste hulgas on biodiisel, bioetanool, biogaas ja biovesinik. Kõik need kütused saadakse erinevatest mikrovetikate komponentidest, nagu lipiidid ja süsivesikud.
Biodiisel mikrovetikatest
El biodiisel See on üks tuntumaid biokütuseid ja seda saadakse peamiselt lipiididest (rasvadest), mida mikrovetikad endasse talletavad. Selle tootmiseks ekstraheeritakse lipiidid vetikarakkudest ja seejärel läbivad need keemilise protsessi, mida nimetatakse ümberesterdamine, mis muudab need metüülestriteks, mis on biodiisli põhikomponent.
Ekstraheerimisprotsess on kallis, kuid uute lipiidide ekstraheerimise tehnikate ja rasvhapetega rikastatud mikrovetikate väljatöötamise uurimine edeneb kiiresti. Lisaks on tehtud teatavaid edusamme vetikate biomassi töötlemisel biokütus on võimaldanud suuremat tõhusust biodiisli hankimisel, peamiselt selliste tehnikate abil nagu hüdrotermiline veeldamine (HTL), mis töötleb märga biomassi kõrgel rõhul ja temperatuuril.
Bioetanool mikrovetikatest
El bioetanool Seda saadakse mikrovetikates talletatud süsivesikute kääritamisel. Pärast biomassi eeltöötlust suhkrute eraldamiseks kasutatakse nende süsivesikute etanooliks muundamiseks pärme ja baktereid. Kuigi protsess on sarnane maisi või suhkruroo puhul kasutatavaga, on mikrovetikate eeliseks see, et nad ei vaja suuri maa-alasid ega väetisi ning nad ei konkureeri inimtoiduks mõeldud põllukultuuridega.
Biogaas mikrovetikatest
El biogaas See on veel üks biokütustest, mida saab toota mikrovetikate abil. Anaeroobse seedimise käigus lagundatakse vetikates sisalduvad süsivesikud ja lipiidid hapniku puudumisel, tekitades metaani ja süsinikdioksiidi. Seda biogaasi saab kasutada samamoodi nagu maagaasi, võimaldades toota elektrit või kasutada seda küttesüsteemides.
Biokütused tööstuses ja transpordis
Lisaks biogaasist elektri tootmisele on mikrovetikatest saadavatel biokütustel peamised rakendused sellistes sektorites nagu transport ja lennundus. Praegu uuritakse mikrovetikatest toodetud biodiislit kui elujõulist alternatiivi kütustele kommertslennunduses, mis on üks raskemini dekarboniseeritavaid sektoreid. Tema biopetrooleum mikrovetikatest saadud toode võiks olla elujõuline lahendus CO2 heitkoguste vähendamiseks selles sektoris.
Rakendusi uuritakse ka aastal biopolümeeride tootmine, mis on biolagunevad plastid, mis tekivad lipiidide ümberesterdamise protsessi käigus saadud kõrvalsaadustest, nagu glütserool. See võib anda mikrovetikate tootmisele täiendavat majanduslikku väärtust, muutes need konkurentsivõimelisemaks teiste biokütuste jaoks kasutatavate toorainetega.
Tootmiskulud on jätkuvalt peamiseks takistuseks mikrovetikatest toodetud biokütuse massilisele turustamisele, kuid teaduse ja tehnoloogia edusammud viitavad sellele tööstusharule paljutõotavale tulevikule. Kuna kasvatamise ja kaevandamise protsessi tõhusus paraneb ning biokütuste rafineerimise tehnoloogiad on täiustatud, pole kahtlust, et mikrovetikad positsioneerivad end üheks peamiseks taastuvenergia allikaks maailmas.
Kokkuvõttes võib öelda, et mikrovetikad ei ole mitte ainult paljulubavad biokütuste tootmisel, vaid pakuvad ka jätkusuutlikku lahendust meie ühiskonna energia- ja keskkonnaprobleemide leevendamiseks. Selle võime kohaneda erinevate keskkondadega, kõrge tootlikkus ja potentsiaal neelata CO2 muudavad mikrovetikad suurepäraseks võimaluseks puhaste ja elujõuliste energiaalternatiivide otsimisel.